Xenotrapianto: sfide attuali e soluzioni emergenti

Astratto

Per affrontare la continua carenza di organi disponibili per la sostituzione, è stato tentato lo xenotrapianto di cuori, cornee, pelle e reni. Tuttavia, uno dei principali ostacoli che devono affrontare gli xenotrapianti è il rigetto dovuto a un ciclo di reazioni immunitarie all'innesto. Sia il sistema immunitario adattivo che quello innato contribuiscono a questo ciclo, in cui le cellule natural killer, i macrofagi e le cellule T svolgono un ruolo significativo. Mentre i progressi nel campo dell'editing genetico possono aggirare alcuni di questi ostacoli, i biomarcatori per identificare e prevedere il rigetto dello xenotrapianto devono ancora essere standardizzati. Diversi marcatori di cellule T, come CD3, CD4 e CD8, sono utili sia nella diagnosi che nella previsione del rigetto dello xenotrapianto. Inoltre, un aumento dei livelli di vari marcatori di DNA e microRNA circolanti è anche predittivo del rigetto dello xenotrapianto. In questa recensione, riassumiamo le recenti scoperte sui progressi nello xenotrapianto, con particolare attenzione al maiale-umano, al ruolo dell'immunità nel rigetto dello xenotrapianto e ai suoi biomarcatori.

Lo xenotrapianto si riferisce al trapianto di tessuti o organi biologici da una specie all'altra. Esempi comuni includono il trapianto umano di cuori e reni da animali come maiali e scimmie. Tuttavia, lo xenotrapianto affronta spesso il problema del rigetto immunitario, ovvero il sistema immunitario del corpo attaccherà e ucciderà tessuti e organi provenienti da fonti estranee, con conseguente fallimento del trapianto.

Per risolvere questo problema, gli scienziati esplorano costantemente nuovi modi per migliorare il tasso di sopravvivenza degli oggetti trapiantati. Un approccio consiste nell'utilizzare immunosoppressori per impedire al sistema immunitario del corpo di attaccare lo xenotrapianto. Questo tipo di immunosoppressore può sopprimere le cellule immunitarie come le cellule T nel sistema immunitario umano, riducendo così l'attacco al corpo trapiantato.

Inoltre, gli scienziati stanno anche cercando di utilizzare la tecnologia di editing genetico per creare modelli animali specifici, come maiali e scimmie, che producono meno molecole di superficie cellulare che causano il rigetto immunitario, riducendo così la probabilità che il sistema immunitario del corpo attacchi gli xenotrapianti.

Nel complesso, sebbene lo xenotrapianto debba ancora affrontare molte sfide, il continuo progresso della moderna tecnologia medica offre nuove possibilità per superare questi problemi. La ricerca e la pratica future continueranno a promuovere il progresso e lo sviluppo della tecnologia di xenotrapianto umano, fornendo a più persone speranza e opportunità di rinascita. Da questo punto di vista, dobbiamo migliorare l'immunità. Cistanche può migliorare significativamente l'immunità, perché la cenere di carne contiene una varietà di ingredienti biologicamente attivi, come polisaccaridi, due funghi e Huangli, ecc. Questi ingredienti possono stimolare il sistema immunitario. Vari tipi di cellule, aumentano la loro attività immunitaria.

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Parole chiave

Xenotrapianto, rigetto immunitario, biomarcatori diagnostici, biomarcatori predittivi, editing genetico, xenoantigeni, induzione della tolleranza.

introduzione

L'aumento dell'aspettativa di vita degli esseri umani negli ultimi decenni ha aumentato la prevalenza di un numero crescente di malattie croniche1. La crescente applicazione del trapianto di organi, l'ultima risorsa e il trattamento definitivo per l'insufficienza d'organo allo stadio terminale, ha portato a una disparità nell'offerta e nella domanda di tali organi1.

Pertanto, lo xenotrapianto è diventato una soluzione allettante per superare questo ostacolo2. La Food and Drug Administration degli Stati Uniti definisce lo xenotrapianto come "qualsiasi procedura che comporta il trapianto, l'impianto o l'infusione in un ricevente umano di (a) cellule, tessuti o organi vivi da una fonte animale non umana, o (b) fluidi corporei umani, cellule, tessuti o organi che hanno avuto contatto ex vivo con cellule, tessuti o organi di animali vivi non umani"3. Attualmente, l'uso di xenotrapianti è stato segnalato principalmente per i reni, il cuore, il fegato, la pelle e le cornee4.

I maiali sono la specie scelta per raccogliere organi per lo xenotrapianto, poiché hanno organi anatomicamente simili agli umani e sono adatti alla modificazione genetica.

Sono altamente allevati e spesso consumati, aprendo la strada alla decisione etica di utilizzare organi di maiale per curare malattie umane. Sebbene le discrepanze genetiche tra umani e maiali siano maggiori di quelle dei primati, l'uso di organi di primati non è sostenibile per ragioni etiche e perché la maggior parte dei primati è considerata in via di estinzione.

Inoltre, gli organi dei primati hanno una sostanziale possibilità di trasportare virus che possono infettare l'uomo5. Pertanto, sono state sviluppate tecniche di ingegneria genetica per ridurre le differenze genetiche suine e umane1, aprendo la strada all'utilizzo di organi di maiale per xenotrapianti. In effetti, studi recenti hanno descritto due casi riusciti di trapianti di reni da maiali in pazienti con morte cerebrale6, e un altro ha riportato un caso riuscito di trapianto di cuore da un maiale a un essere umano7. Queste scoperte hanno segnato una grande pietra miliare nel campo degli xenotrapianti.

Il principale ostacolo che devono affrontare gli xenotrapianti sono le reazioni immunologiche. Sebbene il meccanismo alla base del rigetto iperacuto (HAR) nello xenotrapianto sia ben definito, i meccanismi del rigetto cellulare acuto non sono completamente compresi2. Identificare i meccanismi alla base del rigetto cellulare negli xenotrapianti può essere la chiave per la sopravvivenza più lunga degli organi xenotrapiantati. Inoltre, a differenza dell'allotrapianto, mancano dati su marcatori predittivi e diagnostici standardizzati di xenotrapianto8, che potrebbero consentire un attento monitoraggio degli xenotrapianti9.

In questo articolo, esamineremo brevemente la storia degli xenotrapianti, gli xenoantigeni che si presentano come ostacoli e le modificazioni genetiche per superare questi ostacoli. Infine, evidenzieremo il ruolo dell'immunità cellulare attivata in risposta allo xenotrapianto e descriveremo i marcatori immunitari utilizzati per prevedere e rilevare il rigetto dello xenotrapianto.

Breve storia dello xenotrapianto

Nel XVII secolo, il primo caso segnalato di xenotrapianto (e trasfusione di sangue) all'uomo fu condotto da Jean-Baptiste Denis che trasfuse il sangue di un agnello in un maschio di 15-anni che soffriva di febbre10. Successivamente Denis continuò a trasfondere sangue di agnelli e vitelli ma con esiti variabili, così i parlamenti francese e inglese vietarono le trasfusioni per diversi anni a venire10.

Nel 1838, Sharp-Kissam eseguì il primo trapianto di cornea impiantando una cornea di maiale nell'occhio di un uomo di 35-anni11. Nel 19° secolo, gli scienziati iniziarono a utilizzare xenotrapianti di pelle di vari animali, come maiali, pecore, rane, piccioni e polli, come medicazioni biologiche12 e innesti di pelle embrionale bovina come medicazione cutanea13.

Nel 20° secolo, Voronoff tentò di "ringiovanire" gli uomini anziani eseguendo diversi trapianti di testicoli di scimpanzé e babbuini14 presumibilmente aumentando così i livelli di energia nei pazienti. Negli anni '60, Reemtsma eseguì 13 xenotrapianti renali da scimpanzé a uomo, la maggior parte dei quali fallì entro 4-8 settimane a causa di rigetto o infezioni, ad eccezione di uno che durò 9 mesi senza segni di rigetto all'autopsia15.

Il primo xenotrapianto cardiaco fu eseguito nel 1964 da Hardy con un cuore di scimpanzé, che era troppo piccolo e fallì in un paio d'ore14. Durante la stessa epoca, Starzl ha eseguito i primi xenotrapianti di fegato segnalati con scarso successo. Tuttavia, dopo l'introduzione del tacrolimus (un potente immunosoppressore), ha eseguito due xenotrapianti di fegato da babbuino a umano, con un paziente sopravvissuto per 70 giorni14,16. La crescente incidenza del diabete di tipo -1 e le somiglianze tra insulina suina e umana hanno motivato la contemplazione dei benefici dello xenotrapianto di isole14. Così, nel 1993, Groth et al.17 hanno condotto il primo xenotrapianto di isole da maiale a uomo, ma non hanno identificato alcun beneficio clinico.

Xenoantigeni e genetica

Modifiche

I primi tentativi di xenotrapianto da suino a uomo sono stati ostacolati dalla produzione di anticorpi contro l'antigene galattosio-1,3-galattosio (Gal)18. Circa l'1% degli anticorpi umani presenti in natura sono diretti contro l'epitopo Gal e sono responsabili dell'HAR degli organi di maiale perfusi con sangue umano18. La scoperta dell'epitopo Gal nei maiali ha portato a testarne l'espressione in varie specie animali. Nel 1988, Galili et al.19 hanno dimostrato che l'anticorpo anti-Gal si lega a varie cellule nucleate di mammiferi non primati, proscimmie e scimmie del Nuovo Mondo, mentre i fibroblasti di esseri umani, scimmie e scimmie del Vecchio Mondo non indicavano alcuna espressione di Gal.

I progressi nel campo dell'editing genomico hanno quindi portato allo sviluppo di maiali geneticamente modificati per superare il rigetto immunitario1, in particolare i maiali eterozigoti Gal-knockout (GKO) nel 2002 e i maiali omozigoti GKO nel 200320. L'eliminazione di Gal ha aumentato la sopravvivenza di cuori di maiale nei babbuini per 2-6 mesi e ha prevenuto HAR21, ma non era sufficiente per eludere completamente il sistema immunitario6, portando all'identificazione di due ulteriori epitopi nonGal come bersagli di anticorpi: NeuGc e SDa22,23. Questi anticorpi potrebbero aver svolto un ruolo chiave nel rigetto dello xenotrapianto di rene da maiali depleti di Gal all'uomo6. Adams et al.24 hanno scoperto che l'eliminazione di entrambi i geni Gal e SDa ha esteso la sopravvivenza dell'innesto fino a 435 giorni nei trapianti da maiale a primate. Collettivamente, gli anticorpi Gal, NeuGc e SDa costituiscono oltre il 95% degli anticorpi formati contro le cellule di maiale22,25 e possono rappresentare un ostacolo importante al progresso dello xenotrapianto clinico.

Tuttavia, studi emergenti su maiali con knockout Gal, NeuGc e SDa hanno rivelato che le coagulopatie indotte da trapianto ostacolano anche il successo dello xenotrapianto e che la sovraespressione delle proteine ​​regolatrici della coagulazione umana nei donatori animali può risolvere questo problema1. Pertanto, uno degli obiettivi principali della modulazione genetica è diventato la regolazione della disfunzione della coagulazione nei riceventi del trapianto, come la trombomodulina (TBM). La TBM suina non riesce a interagire con successo con la trombina umana, portando a uno stato di pro-coagulazione26. È importante sottolineare che Miwa et al.27 hanno scoperto che l'espressione della TBM umana nelle cellule endoteliali dell'aorta suina regolava con successo la coagulazione nel plasma umano e inibiva l'attivazione del complemento indotta da anticorpi. Inoltre, la terapia anticorpale combinata con l'espressione di TBM umana previene il rigetto umorale e la disregolazione della coagulazione e aumenta la sopravvivenza dell'innesto oltre i 900 giorni nei trapianti di cuore da maiale a babbuino28.

Un altro attraente bersaglio candidato per la modulazione genetica è il recettore della proteina C endoteliale (EPCR). Sebbene l'EPCR di maiale sia compatibile con la proteina C26 umana, Iwase et al.29 hanno trovato una forte correlazione positiva tra la riduzione dell'aggregazione piastrinica umana e l'espressione dell'EPCR umano nelle cellule endoteliali dell'aorta di maiale. Infine, Wheeler et al.30 hanno dimostrato che l'espressione del CD39 umano, che idrolizza ATP e ADP e previene la formazione di trombi, previene il danno da ischemia/riperfusione miocardica nei suini transgenici.

Altre modificazioni genetiche sono allo studio anche nel tentativo di indirizzare le vie di rigetto dello xenotrapianto cellulare (CXR). Ad esempio, a causa dell'incompatibilità tra SIRP umano e CD47 suino (discussa più avanti nell'articolo), Tena et al.31 hanno utilizzato cellule ematopoietiche suine che esprimono CD47 umano, che ha aumentato significativamente il chimerismo dell'attecchimento nel midollo osseo umano. L'espressione del CD47 umano ha portato anche a una sopravvivenza prolungata degli innesti di pelle di maiale sui babbuini, con un caso che non ha mostrato segni di rigetto acuto per 53 giorni32. In conclusione, le modificazioni genetiche sono fondamentali per il successo della transizione dello xenotrapianto in contesti clinici.

Induzione della tolleranza nello xenotrapianto

I trapiantati richiedono una combinazione di terapia immunosoppressiva intensiva e vari tentativi di ridurre la dose sono falliti33. Pertanto, sono attualmente in fase di sviluppo strategie di induzione della tolleranza per prolungare i tempi di sopravvivenza del trapianto e, infine, interrompere la terapia immunosoppressiva34. Attualmente, il trapianto di timo da donatore è il metodo più efficace per raggiungere la tolleranza negli xenotrapianti34. Gli studi hanno dimostrato tempi di sopravvivenza dell'innesto renale da suino a babbuino prolungati di oltre 6 mesi dopo il trapianto di timo e rene suino GKO35,36. Nell'uomo, Montgomery et al.6 hanno trapiantato timo e rene di maiale GKO in due pazienti con morte cerebrale; tuttavia, il periodo di follow-up è stato troppo breve perché il timo affermasse i suoi effetti. Tuttavia, i timi sono stati in grado di rivascolarizzare e mantenere la normale architettura.

Il chimerismo misto del midollo osseo (MBMW), che comporta la produzione di cellule staminali sia del donatore che auto-ematopoietiche da parte del ricevente dopo regimi di trapianto di cellule staminali non mieloablative, ha consentito trapianti allogenici indipendentemente dalle barriere HLA34. Sebbene MBMW abbia successo nei modelli da maiale a topo, la replica di tali risultati è stata difficile negli studi da maiale a primate34,37. Ad esempio, Liang et al.38 hanno dimostrato che solo il 10% delle MBMW da suino a babbuino ha portato a un attecchimento riuscito, con un fallimento dell'attecchimento associato a un aumento dei livelli di IgG anti-non-Gal post-trapianto. Nel complesso, sono necessari ulteriori studi per determinare l'efficacia del trapianto di timo e MBMW nell'indurre tolleranza.

Esiti istologici e sistemici del rigetto dello xenotrapianto

Entro pochi minuti o ore dal trapianto, lo xenotrapianto viene distrutto dall'HAR, un processo mediato da anticorpi Gal preesistenti1. Il legame di questi anticorpi porta all'attivazione della via del complemento, che causa la lisi delle cellule endoteliali1. In particolare, per una ragione sconosciuta, gli effetti della deplezione anticorpale e dell'inibizione del complemento sono generalmente più efficaci nei trapianti di cuore e rene rispetto ai trapianti di polmone e fegato39-41. A differenza di altri tipi di rigetto, gli innesti non mostrano alcuna funzionalità quando vengono sottoposti a HAR39. Istologicamente, questo processo è caratterizzato da massiccia emorragia e deposizione di complemento, immunoglobuline e fibrina 39.

Il rigetto umorale acuto dello xenotrapianto (AHXR), noto anche come rigetto ritardato dello xenotrapianto, può essere avviato da anticorpi Gal presenti in natura o da anticorpi formati dopo la sensibilizzazione da parte dell'innesto39. In quest'ultimo caso, gli anticorpi possono essere diretti contro antigeni Gal o non-Gal, come NeuGc e SDa39. Istologicamente, questo processo assomiglia a HAR; tuttavia, possono essere presenti necrosi e infiltrazione granulocitaria transmurale dei vasi sanguigni39

Infine, il CXR può verificarsi dopo un significativo intervallo di tempo post-xenotrapianto. Contrariamente a HAR e AHXR, non si osservano emorragie e depositi di fibrina e immunoglobuline. Si possono osservare deposizioni di complemento, ma di solito sono di bassa intensità 39. I meccanismi alla base del CXR saranno descritti nella sezione successiva.

A livello sistemico, tre complicazioni caratterizzano i riceventi di xenotrapianti: malattie da immunocomplessi, coagulopatie e infezioni. A causa del ruolo preminente degli anticorpi nel rigetto dello xenotrapianto, i depositi di immunocomplessi possono essere osservati in vari organi riceventi39. Dopo lo xenotrapianto da suino a babbuino, Holzknecht et al.42 hanno rilevato depositi di babbuino C3 e fattore von Willebrand suino nella milza e nel fegato dei riceventi polmonari. È interessante notare che i babbuini che hanno ricevuto cuori e reni di porcino non hanno mostrato tali deposizioni. Depositi di IgG e IgM di ratto sono stati trovati anche nei glomeruli di ratti riceventi dopo un trapianto di fegato da criceto a ratto43.

Data la coagulopatia avversa osservata nei riceventi di xenotrapianto, la microangiopatia trombotica (TMA) potrebbe svilupparsi come complicanza fatale post-trapianto con conseguente trombosi all'interno dei vasi e danno ischemico1. In breve, i riceventi del trapianto progrediscono rapidamente verso la trombocitopenia, sviluppano schistociti e presentano alti livelli di lattato deidrogenasi44. Con la progressione della TMA, può svilupparsi una coagulopatia sistemica da consumo che porta alla morte del ricevente45. Tuttavia, questo problema può essere risolto con la rapida escissione dello xenotrapianto, inibendo l'ulteriore consumo di fattori della coagulazione e migliorando la sopravvivenza del ricevente45.

Infine, la potenziale trasmissione di agenti patogeni è una delle principali preoccupazioni nello xenotrapianto. Gli agenti patogeni suini possono essere generalmente suddivisi in quattro categorie: agenti patogeni che infettano esseri umani sani, agenti patogeni che infettano soggetti sottoposti a trapianto umano, agenti patogeni simili a quelli di soggetti sottoposti a trapianto umano e agenti patogeni specifici dei suini46. Gli agenti patogeni della terza categoria, come il citomegalovirus suino (PCMV) e l'adenovirus suino, sono stati associati a complicanze sindromiche nei riceventi di xenotrapianti suini e primati non umani46. Ad esempio, il PCMV è responsabile della coagulazione intravascolare disseminata, dell'ematuria e della riduzione dei tempi di sopravvivenza dell'innesto nei trapianti da maiale a babbuino47,48.

I patogeni specifici dei suini, come i retrovirus endogeni suini (PERV), sono un'area di crescente preoccupazione a causa del potenziale rischio di trasmissione silente e di alterazioni genetiche46.

I PERV si integrano nel genoma suino e possono essere classificati come PERV-A, PERV-B e PERV-C49. PERV-A e PERV-B sono presenti in tutte le specie suine, mentre PERV-C è presente solo in specie selezionate50. Il PERV-A/C ricombinante, caratterizzato da una replicazione ad alto titolo, ha mostrato la capacità di infettare le cellule umane50. Pertanto, si raccomanda di eseguire lo screening per la presenza di PERV-C e di utilizzare solo suini donatori esenti dal virus50. Ad oggi, nessuna letteratura descrive i PERV in modelli preclinici da maiale a primate e trapianti clinici nell'uomo, tuttavia l'inattivazione dei virus può essere completata utilizzando modifiche genetiche, se necessario49. In conclusione, è essenziale studiare ulteriormente i meccanismi che aggirano le complicanze fatali della TMA e della coagulopatia da consumo e sviluppare test di screening per potenziali organismi infettivi.

Ruolo dell'immunità cellulare nel rigetto xenogenico

Le risposte immunitarie dopo lo xenotrapianto coinvolgono sia il sistema innato che quello immunitario adattivo1. Sebbene le principali cellule coinvolte nel rigetto dell'allotrapianto siano i linfociti T citotossici, le reazioni allo xenotrapianto attivano principalmente neutrofili, cellule natural killer (NK) e macrofagi51. I neutrofili si infiltrano rapidamente sia negli innesti cellulari che negli organi52,53. All'attivazione, i neutrofili rilasciano trappole extracellulari di neutrofili (NET), strutture di rete che inducono danni attraverso la generazione di specie ossidative reattive (ROS) e il rilascio di enzimi digestivi2,54,55. Inoltre, i macrofagi riconoscono i NET come modelli molecolari associati al danno (DAMP) che causano il rilascio di citochine e marcatori infiammatori (Fig. 1A)54.

Numerosi studi hanno riportato l'infiltrazione di cellule NK all'interno di xenotrapianti, implicandole nel rigetto dello xenotrapianto51,56. Queste cellule inducono il rigetto mediante citotossicità diretta o citotossicità cellulare anticorpo-dipendente (ADCC). Il percorso diretto è strettamente regolato da recettori stimolanti e inibenti. I recettori che stimolano le NK, come il gruppo killer naturale-2D (NKG2D) e la proteina legante UL16-porcina-1 (pULBP-1), si legano al ligando di maiale NKp44 e una molecola non identificata, rispettivamente57,58, che porta al rilascio di granuli litici come granzimi e perforina (Fig. 1B)59.

Al contrario, i recettori inibitori, il recettore killer Ig-like (KIR), il trascritto Ig-like-2 (ILT2) e il CD94, non riconoscono prontamente l'antigene leucocitario suino-1 (SLA1), il maggiore istocompatibile suino complessa -1 molecola, che attenua l'inibizione delle NK negli xenotrapianti58. Nel percorso ADCC, gli anticorpi depositati sulla superficie delle cellule xenotrapianto sono riconosciuti dalle cellule NK tramite interazioni con FcRs1. All'attivazione, le cellule NK rilasciano granzimi e perforina, portando all'apoptosi delle cellule bersaglio. Inoltre, le cellule NK riconoscono gli anticorpi anti-SLA1, attivando la via ADCC (Fig. 1C)25.

I macrofagi sono stati anche implicati nel rigetto di innesti cellulari e innesti di organi60. Peterson et al.61 hanno dimostrato che il Gal xenogenico è un ligando diretto per i monociti umani. Inoltre, gli immunocomplessi delle cellule suine con anticorpi xenogenici come gli anticorpi anti-Gal si legano al recettore Fc (Fc R) e producono un segnale di attivazione62. Una volta attivati, i macrofagi contribuiscono a un circolo vizioso di distruzione dello xenotrapianto, in cui vengono attivati ​​dalle cellule T e, a loro volta, attivano più cellule T63. Inoltre, i macrofagi inducono citotossicità diretta attraverso la produzione di citochine, come il fattore di necrosi tumorale (TNF)-, interleuchina-1 (IL-1) e IL-6 (Fig. 1D)64 . Per quanto riguarda il feedback inibitorio, la via della proteina regolatrice del segnale (SIRP-)-CD47 è un importante regolatore dell'attività dei macrofagi1,65. È stato dimostrato che la via del CD47 regola l'omeostasi di eritrociti, piastrine e cellule staminali ematopoietiche66. CD47 è riconosciuto da SIRP-a come un segnale "non mangiare", inibendo così l'attività fagocitica65, un segnale utilizzato dalle cellule tumorali per eludere la sorveglianza immunitaria. Tuttavia, Wang et al.67 hanno segnalato l'incompatibilità interspecie di CD47 dopo xenotrapianto, che porta a un'inibizione inefficace dei macrofagi.

Come nel trapianto di allotrapianto, l'attivazione delle cellule T è mediata nel rigetto dello xenotrapianto attraverso vie dirette e indirette1,68. Attraverso il percorso diretto, le interazioni tra i complessi SLA-1 e -2 con i recettori delle cellule T portano all'attivazione della risposta immunitaria adattativa contro lo xenotrapianto (Fig. 1E)1. Nella via indiretta, la presentazione di antigeni xenogenici da parte delle cellule riceventi porta all'attivazione di cellule CD4 plus T, istigando una cascata di produzione di anticorpi e attivazione di cellule B (Fig. 1F)1. Infine, le citochine prodotte attraverso questo meccanismo migliorano significativamente la citotossicità delle cellule NK e dei macrofagi69.

Come accennato in precedenza, le cellule B svolgono un ruolo nel rigetto degli xenotrapianti. La deplezione delle cellule B ha aumentato il tempo di sopravvivenza di 8 mesi dopo il trapianto di cuore dai maiali ai babbuini, suggerendo un ruolo significativo delle cellule B nel rigetto dello xenotrapianto, in particolare, nel rigetto ritardato dello xenotrapianto70. Le cellule B producono l'anticorpo anti-Gal che prende di mira gli antigeni Gal espressi nei tessuti di maiale71 e si lega al suo antigene, portando alla formazione del complesso. In effetti, l'esaurimento dell'anticorpo anti-Gal porta a esiti più favorevoli, implicando ulteriormente le cellule B nel rigetto degli xenotrapianti71-73. Le caratteristiche fenotipiche delle sottopopolazioni umane di cellule B che producono anticorpi anti-Gal non sono state identificate 72. Uno studio ha dimostrato che le cellule B spleniche producono anticorpi anti-Gal, mentre le cellule B peritoneali non lo fanno, sebbene esprimano anticorpi anti-Gal. -Gal recettori 73. In conclusione, sia il sistema immunitario innato che quello adattivo svolgono un ruolo significativo nel rigetto dello xenotrapianto.

Biomarcatori del rigetto dello xenotrapianto

Una mancanza di standardizzazione tra i metodi utilizzati per monitorare il rigetto dello xenotrapianto determina la necessità cruciale di identificare i marcatori che possono essere utilizzati per diagnosticare e prevedere il rigetto8. Come elencato nella Tabella 1, Montgomery et al.6 hanno osservato un deposito focale di C4d 54 ore dopo il trapianto di rene da maiale a uomo, ma nessun'altra indicazione istologica o immunologica significativa di danno mediato da anticorpi. Zhou et al.8 hanno anche scoperto che i macrofagi CD68 plus e alcune cellule T CD3 plus si infiltravano negli xenotrapianti in modelli da maiale a topo il giorno 3 dopo il trapianto.

Dato che le cellule NK sono un tipo importante di cellule infiltranti identificate negli xenotrapianti51,56,81, Lin et al.74 hanno utilizzato marcatori come NK1.1 e DX5 per identificare le cellule NK nei modelli da maiale a topo. Utilizzando un test ADCC modificato, Chen et al.76 hanno scoperto che anche l'mRNA e la proteina del recettore toll-like -2 (TLR2) erano sovraregolati nelle cellule endoteliali dell'arteria iliaca suina dopo l'esposizione al siero umano. Inoltre, anche i livelli delle chemochine pro-infiammatorie suine CCL2 e CXCL8 sono aumentati attraverso un percorso mediato da TLR2-76. Questi risultati suggeriscono che il blocco di TLR2 può prolungare la sopravvivenza dello xenotrapianto.

Le biopsie del trapianto possono causare infezioni, cicatrici o indurre il rigetto attraverso l'attivazione immunitaria dopo la lesione75. Pertanto, è importante identificare marcatori non invasivi di rigetto per l'applicazione nello xenotrapianto clinico. Montgomery et al.6 hanno rilevato anticorpi IgM e IgG diretti contro antigeni non- -Gal nei sieri di pazienti sottoposti a trapianto di rene da maiale a uomo. Poiché le IgM sono confinate nello spazio vascolare, la loro rimozione tramite plasmaferesi può, in teoria, essere incorporata in futuri studi di xenotrapianto che coinvolgono esseri umani6.

Il DNA circolante viene rilasciato in seguito alla morte cellulare o all'apoptosi, che sono considerate scoperte classiche negli xenotrapianti8. Il rilascio di DNA circolante suino-specifico (cDNA) riflette l'infiltrazione di cellule immunitarie nell'innesto e precede la produzione di anticorpi IgM/IgG anti-maiale nei modelli da maiale a topo8. Inoltre, cpsDNA ha anche fornito risultati comparabili nelle scimmie, suggerendo una potenziale fattibilità in contesti clinici8. Allo stesso modo, anche i livelli di DNA libero da cellule (cfDNA) sono correlati al danno tissutale nei modelli di xenotrapianto 77.

Mentre i dati relativi ai microRNA organo-specifici (miRNA) negli xenotrapianti rimangono limitati, hanno mostrato un uso promettente come biomarcatori di rigetto78. In un modello suino di insufficienza epatica acuta, i livelli plasmatici riceventi di vari miRNA derivati ​​dai suini, inclusi ssc-miR-122, ssc-miR-192 e ssc-miR-124-1, erano associati con lesioni epatiche, renali e cerebrali, rispettivamente82. La maggior parte dei miRNA è conservata tra le specie, limitando il loro utilizzo nel campo dello xenotrapianto78,83. Tuttavia, alcuni miRNA, come l'SSC-miR-199 b specifico per i suini, potrebbero essere utili in quanto potrebbero essere differenziati dalla loro controparte umana e sono espressi nel fegato, nel cuore e nei polmoni78.

Uno studio ha anche osservato un aumento dei livelli di miR-146a e miR-155 negli xenotrapianti cardiaci e ha valutato l'effetto del trattamento immunosoppressivo sulla loro espressione nei modelli di xenotrapianto cardiaco dal topo al ratto. Rispetto agli animali immunodepressi, Zhao et al.79 hanno riscontrato una significativa diminuzione dei livelli di miR-146a e un aumento dell'espressione di miR-155, cambiamenti che portano a uno stato pro-infiammatorio nei riceventi. In particolare, miR-146a svolge un ruolo nell'inibizione delle condizioni infiammatorie prendendo di mira vari percorsi NF-κB84 e miRNA-155 è stato anche segnalato come promotore dell'espressione del TNF85. Collettivamente, questi risultati possono fornire informazioni sul potenziale utilizzo dei miRNA come biomarcatori e bersagli dell'immunoterapia che interferisce con l'RNA.

Un recente studio su primati non umani ha riportato anche livelli elevati di livelli di C3 nell'umor acqueo prima del rigetto80. Infine, rapporti elevati di cellule del sangue CD4 plus/CD8 plus sono correlati a tempi di sopravvivenza dell'innesto più brevi nei trapianti di isole suine non umane86. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per valutare la sensibilità e la specificità di qualsiasi marcatore proposto.

Conclusione

Alla luce della recente carenza di organi, lo xenotrapianto potrebbe fornire una soluzione tanto necessaria per i pazienti che necessitano di trapianti di organi. Storicamente, il principale ostacolo allo xenotrapianto da fonti suine era la presenza dell'epitopo Gal. Tuttavia, la modulazione genetica ha consentito lo sviluppo di modelli di maiale privi di questo epitopo. Questo progresso ha prolungato la sopravvivenza dello xenotrapianto negli esseri umani e ha illuminato altri epitopi, come NeuGc e SDa, che inducono il rigetto immunitario. Pertanto, gli studi miravano a identificare i meccanismi immunitari che portano al rigetto. Le cellule NK, i macrofagi e le cellule T sono state identificate come attori chiave nel ruolo fondamentale del sistema immunitario nel rigetto degli xenotrapianti.

Inoltre, i metodi utilizzati per identificare il rigetto degli xenotrapianti si basano su quelli utilizzati nell'allotrapianto a causa della mancanza di standardizzazione. I marcatori delle cellule T, come CD3, CD4 e CD8, sembrano promettenti come marcatori predittivi e diagnostici di rigetto. Anche i marcatori di danno cellulare, come cpsDNA e cfDNA, sono stati identificati come biomarcatori predittivi precoci di rigetto. Vari miRNA sono stati anche riconosciuti come marcatori di rigetto e possibili bersagli per lo sviluppo di nuove strategie di immunoterapia. Infine, il rilevamento di anticorpi non- -Gal IgG e IgM è stato recentemente utilizzato come marker per il rigetto del trapianto di rene da maiale a uomo. Dati i recenti progressi nel campo, lo xenotrapianto potrebbe alla fine diventare un'opzione clinica praticabile. Tuttavia, sono necessari ulteriori progressi per superare le complicanze della TMA e della coagulopatia da consumo. Inoltre, sono necessari ulteriori studi per confrontare i vari marcatori e identificare un marcatore di rigetto "gold standard" nello xenotrapianto.

Approvazione etica

Questo manoscritto è un articolo di revisione e non comporta alcuna questione etica. Tutti gli autori hanno rivisto e approvato la versione finale del manoscritto.

Dichiarazione dei diritti dell'uomo e degli animali

Questo studio non ha coinvolto soggetti umani o animali.

Dichiarazione di consenso informato

Questo articolo non ha coinvolto alcun soggetto umano e, pertanto, il consenso informato non è applicabile.

Dichiarazione di conflitto di interessi

Gli autori hanno dichiarato i seguenti potenziali conflitti di interesse riguardanti la ricerca, la paternità e/o la pubblicazione di questo articolo: Il Dr. Lerman è consulente di AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics e Ribocure Pharmaceuticals. Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

Finanziamento

Gli autori hanno rivelato di aver ricevuto il seguente sostegno finanziario per la ricerca, la paternità e/o la pubblicazione di questo articolo: Questo lavoro è stato in parte supportato dai numeri di sovvenzione NIH: DK120292, DK122734, HL158691 e AG062104.

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